книги / Теоретические основы автоматизированного управления

•независимую параллельную обработку;

•синхронизированную обработку.

Сложность реализации этапа размещения БД определяется мно­ говариантностью. Поэтому на практике рекомендуется в первую оче­ редь рассмотреть возможность использования определенных допу­ щений, упрощающих функции СУБД, например допустимость вре­ менного рассогласования БД, осуществление процедуры обновления БД из одного узла и др. Такие допущения оказывают большое влия­ ние на выбор СУБД и рассматриваемую фазу проектирования.

Средства проектирования и оценочные критерии используются на всех стадиях разработки. Любой метод проектирования (аналити­ ческий, эвристический, процедурный), реализованный в виде про­ граммы, становится инструментальным средством проектирования, практически не подверженным влиянию стиля проектирования.

В настоящее время неопределенность при выборе критериев яв­ ляется наиболее слабым местом в проектировании БД. Это связано с трудностью описания и идентификации бесконечного числа альтер­ нативных решений. При этом следует иметь в виду, что существует много признаков оптимальности, являющихся неизмеримыми свой­ ствами, которые трудно выразить в количественном представлении или в виде целевой функции. Поэтому оценочные критерии принято делить на количественные и качественные. Наиболее часто исполь­ зуемые критерии оценки БД, сгруппированные в такие категории, представлены ниже.

Количественные критерии: время ответа на запрос, стоимость мо­ дификации, стоимость памяти, время на создание, стоимость на ре­ организацию.

Качественные критерии: гибкость, адаптивность, доступность для новых пользователей, совместимость с другими системами, возмож­ ность конвертирования в другую вычислительную среду, возмож­ ность восстановления, возможность распределения и расширения.

Трудность в оценке проектных решений связана также с различ­ ной чувствительностью и временем действия критериев. Например, критерий эффективности обычно является краткосрочным и чрезвы­ чайно чувствительным к проводимым изменениям, а такие понятия, как адаптируемость и конвертируемость, проявляются надлительных временных интервалах и менее чувствительны к воздействию внеш­ ней среды.

Предназначение хранилища данных — информационная под­ держка принятия решений, а не оперативная обработка данных. По-

Периодическое

обновление содержимого склада

Рис. 7.5. Архитектура ХД

этому база данных и склад данных не являются одинаковыми поня­ тиями. Архитектура хранилища данных (ХД) представлена на рис. 7.5.

Основные принципы организации хранилищ данных следующие [45].

1.Предметная ориентация. В оперативной базе данных обычно поддерживается несколько предметных областей, каждая из которых может послужить источником данных для ХД. Например, для магази­ на, торгующего видео- и музыкальной продукцией, интерес пред­ ставляют следующие предметные области: клиенты, видеокассеты, CD-диски и аудиокассеты, сотрудники, поставщики. Явно просле­ живается аналогия между предметными областями ХД и классами объектов в объектно-ориентированных базах данных. Это говорит о возможности применения методов проектирования, применяемых в объектно-ориентированных СУБД.

2.Средства интеграции. Приведение разных представлений од­ них и тех же сущностей к некоторому общему типу.

3.Постоянство данных. В ХД не поддерживаются операции моди­ фикации в смысле традиционных баз данных. В ХД поддерживается модель «массовых загрузок» данных, производимых в заданные мо­ менты времени по установленным правилам в отличие от традицион­ ной модели индивидуальных модификаций.

4. Хронология данных. Благодаря средствам интеграции реализу­ ется определенный хронологический временной аспект, присущий содержимому ХД.

Основные функции репозитариев:

•парадигма включения/выключения и некоторые формальные процедуры для объектов;

•поддержка множественных версий объектов и процедуры управ­ ления конфигурациями для объектов;

•оповещение инструментальных и рабочих систем об интересую­ щих их событиях;

•управление контекстом и разные способы обзора объектов ре­ позитария;

•определение потоков работ.

Рассмотрим кратко основные направления научных исследова­ ний в области баз данных:

•развитие теории реляционных баз данных;

•моделирование данных и разработка конкретных моделей раз­ нообразного назначения;

•отображение моделей данных, направленных на создание мето­ дов преобразования моделей данных и конструирования коммута­

тивных отображений, разработку архитектурных аспектов отображе­ ния моделей данных и спецификаций определения отображений для конкретных моделей данных;

•создание СУБД с мультимодельным внешним уровнем, обеспе­ чивающих возможности отображения широко распространенных моделей;

•разработка, выбор и оценка методов доступа;

•создание самоописываемых баз данных, позволяющих приме­ нять единые методы доступа для данных и метаданных;

•управление конкурентным доступом;

•развитие систем программирования баз данных и знаний, кото­ рые обеспечивали бы единую эффективную среду как для разработки приложений, так и для управления данными;

•совершенствование машины баз данных;

•разработка дедуктивных баз данных, основанных на примене­ нии аппарата математической логики и средств логического програм­ мирования в области баз данных;

•разработка пространственно-временных баз данных;

•интеграция неоднородных информационных ресурсов.

7.2. РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ

ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ

И ОБЪЕКТНО-РЕЛЯЦИОННЫХ БАЗ ДАННЫХ

7.2.1. Объектно-ориентированные базы данных

Серьезные недостатки реляционной модели данных привели к необходимости поиска других моделей. Такой прогрессивной и пер­ спективной моделью данных является объектно-ориентированная модель данных. В ней собственно база данных, интерфейс пользова­ теля и алгоритм приложения построены с использованием объект­ но-ориентированного подхода.

Автор реляционной модели данных З.Ф . Кодд первоначально сформулировал дюжину требований к БД, чтобы она могла называть­ ся реляционной. В дальнейшем этот перечень увеличился до 333 тре­ бований. Им, несмотря на широкое распространение реляционных баз данных, не удовлетворяет ни одна из известных СУБД.

Более того, при значительных объемах данных начинают прояв­ ляться недостатки реляционных баз данных. К этим недостаткам от­ носятся: сложность структуры, вызванная необходимостью проведе­ ния нормализации; низкая производительность из-за поиска по клю­ чу, что в 3—5 раз увеличивает количество операций доступа; ограни­ ченный набор типов данных; представление данных только в виде двумерных таблиц и невозможность реализации таблиц с нелинейной структурой; невозможность послойного рассмотрения данных (на­ пример, «работающие» — в одном слое, «научные сотрудники» и «преподаватели» — в другом, подчиненном слое); нестыковка с принципами все более широко применяемого объектно-ориентиро­ ванного подхода; невозможность задать для определенного типа дан­ ных набор операторов-методов, которые приходится вводить в кон­ кретном приложении; возникновение конфузии — утраты при много­ численных обновлениях третьей (а порой и второй) нормальной фор­ мы; сложность совмещения с другой парадигмой хранилищ данных.

Одним из способов устранения указанных недостатков является построение объектно-ориентированной базы данных (ООБД). Ее по­ явление стимулировано и требованиями большой быстродействую­ щей памяти (свыше 20 Гбайт) для систем конструирования/производства (CAD/CAM).

•ODL/OQL, в котором объекты и методы формируются обычно с помощью языка программирования С;

•язык программирования SQL3.

Необходимо отметить, что к объектно-ориентированным воз­ можно отнести только те базы данных, у которых все структурные элементы реализации построены с использованием объектно-ориен­ тированного подхода. Если хотя бы один структурный элемент реали­ зации не использует объектно-ориентированный подход, говорят об

объектно-реляционной базе данных (ОРБД).

Таким образом, чтобы воспользоваться объектно-ориентирован­ ным подходом в построении собственно БД, необходимо:

1)провести инкапсуляцию данных, т. е. выделить классы и объ­

екты;

2)определить возможные виды структуры реализуемыхтаблиц:

3)создать наследование классов данных;

4)обеспечить полиморфизм.

Реализация даже первой позиции неоднозначна и различна, на­ пример, в ООСУБД и ОРСУБД. Имеется некоторое отличие даже в рамках различных ООСУБД.

По сравнению с реляционными БД ООБД обладают следующими преимуществами:

•лучшими возможностями моделирования систем из блоков, об­ ладающих произвольными связями;

•легкой расширяемостью структуры за счет создания новых ти­ пов данных (свойств), наследования, установления новых связей и корректировки методов;

•возможностью использования рекурсивных методов при нави­

гационном методе доступа к большим объемам данных;

• повышением производительности в 10 — 30 раз;

•более широкой сферой применения (например, использование

вмультимедийных системах).

Преимущества ООБД [42] приведут, видимо, к очень широкому их распространению. Однако прежде следует решить ряд задач по уст­ ранению недостатков ООБД: создать гибкую структуру БД; постро­ ить четкий язык программирования; отработать синтаксис разбора запросов, в том числе — вложенных; определить несколько методов доступа к данным; отработать вопросы одновременного доступа (раз­ решение конфликтов при множественном наследовании); опреде­ лить сложный перебор данных; отработать защиту и восстановление данных; уточнить семантику (действия) операторов при динамиче­ ских изменениях; встроить изменение атрибутовдочерних объектов.

Однако и после устранения названных недостатков переход к ООБД будет носить, видимо, эволюционный характер, поскольку сразу отказаться от значительного количества действующих реляци­ онных БД нельзя. Безболезненный переход возможен, если первона­ чально в ООСУБД будет присутствовать не только объектная, но и ре­ ляционная составляющая.

7.2.2 Объектно-реляционные базы данных

Переход к объектно-ориентированным моделям данных связан с процессом «перекачки» в них огромных объемов информации, кото­ рая в настоящее время хранится преимущественно в реляционных ба­ зах данных. Чтобы упростить этот процесс, сформирована объект­ но-реляционная модель данных, в которой выделяются две разновид­ ности — гибридные и расширенные.

Вгибридных объектно-реляционных базах данных объект­ но-ориентированный подход используется в создании интерфейса пользователя и алгоритма приложения. В то же время система таблиц формируется в рамках реляционной модели данных.

Врасширенных объектно-реляционных базах данных объект­ но-ориентированный подход используется прежде всего при по­ строении системы таблиц. Для этого разработана модификация язы­ ка SQL2, получившая название языка программирования SQL3.

«Промежуточной» моделью данных между реляционными и объ­ ектно-ориентированными базами данных является объектно-реля­ ционная модель (ОРБД), появление которой вызвано двумя причи­ нами:

•сложностью построения новой модели данных «с листа». Удоб­ нее это делать на основе имеющихся проверенных разработок;

•преемственностью с широко используемыми реляционными моделями, которые нельзя мгновенно заменить на объектно-ориен­ тированные БД.

Как отмечалось ранее, различают две разновидности ОРБД — гибридные и расширенные.

1. В гибридных ОРБД [42, 56] интерфейс пользователя и алгоритм приложения выполнены с учетом объектно-ориентированного под­ хода, тогда как собственно БД является реляционной. Примерами могут служить СУБД Paradox и InterBase в рамках программного про­ дукта Delphi. В каком-то смысле гибридной можно считать СУБД Access при использовании языка программирования Visual Basic for Application (VBA).